KR910003068B1 - Reinforcing fibrous material - Google Patents

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미쓰이 세끼유 가가꾸 고오교오 가부시끼가이샤
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Abstract

Reinforcing fibrous material having an improved adhesion, consists essentially of a surface-treated, molecularly oriented, silane-crosslinked ultra-high-molecular-weight polyethylene fibre, wherein the measurement is conducted under restraint conditions by using a differential scanning calorimeter, the crosslinked polyethylene fibre has at least two crystal melting peaks (Tp) at temperatures higher by at least 10 DEG C than the inherent crystal melting temperature (Tm) of the ultra-high-molecular-weight polyethylene determined as the main peak at the time of the second temperature elevation, the heat of fusion based on these crystal melting peaks (Tp) is at least 50% of the whole heat of fusion, and the sum of heat of fusion of high-temperature side peaks (Tp1) at temperatures in the range of from (Tm + 35) DEG C to (Tm + 120) DEG C is at least 5% of the whole heat of fusion, and wherein the crosslinked polyethylene fibre has a surface containing at least 8 carbon atoms, especially at least 10 carbon atoms, per 100 carbon atoms, as determined by the electron spectroscopy for chemical analysis.

Description

보강용 섬유재료Fiber material for reinforcement

제1도는 초고분자량 폴리에틸렌의 실란그라프트 및 연신을 행한 후 가교된 필라멘트의 융해특성 곡선을 나타낸 그래프.1 is a graph showing the melting characteristic curves of crosslinked filaments after silane graft and stretching of ultra high molecular weight polyethylene.

제2도는 제1도의 시료를 2회째의 승온측정시의 융해특성 곡선을 나타낸 그래프.FIG. 2 is a graph showing the melting characteristic curve of the sample of FIG. 1 at the second temperature measurement. FIG.

제3도는 표면처리된 분자배향 및 실란 가교초고분자량 폴리에틸렌 섬유 표면의 전자현미경사진(1000배)이고,3 is an electron micrograph (1000 times) of surface-treated molecular alignment and silane crosslinked ultra high molecular weight polyethylene fiber surface,

제4도는 미처리의 분나배향 및 실란 가교초고분자량 폴리에틸렌 섬유 표면의 전자현미경사진(1000배)이고,4 is an electron micrograph (1000 times) of the untreated unna orientation and silane crosslinked ultra high molecular weight polyethylene fiber surface,

제5도는 실시예 1의 분자배향 및 실란가교초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 크리프성을 나타낸 그래프.5 is a graph showing the creep properties of molecular orientation and silane crosslinked ultrahigh molecular weight polyethylene fibers of Example 1. FIG.

본 발명은 보강용 섬유에 관한 것이며 더 상세히는 표면처리된 분자배향 및 실란가교 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 된 매트릭스로의 접착성과 내크리프성의 조합이 우수하고 복합재의 강도를 현저히 향상시킬 수 있는 보강용 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a reinforcing fiber, and more particularly, a reinforcing fiber which is excellent in combination of adhesion and creep resistance to a matrix of surface-treated molecular alignment and silane crosslinked ultra high molecular weight polyethylene fibers and which can significantly improve the strength of the composite. It is about.

섬유 강화 플라스틱은 강도, 강성이 우수하기 때문에 자동차용 부품, 전기기구부품, 하우징, 공업용 재료, 소형선박, 스포츠용품, 의료재료, 토목재료, 건축재료등 광범위에 걸쳐서 사용되고 있다. 그러나 그것에 사용되고 있는 섬유보강재는 그 대부분이 유리섬유이므로 얻어지는 복합재료는 미강화 플라스틱에 비해서 무거워진다는 결점을 갖고있어 가볍고 또한 양호한 기계적 강도를 갖는 복합재료가 소망되고 있다.Fiber-reinforced plastics are widely used in automobile parts, electric appliance parts, housings, industrial materials, small ships, sporting goods, medical materials, civil engineering materials, and building materials because of their excellent strength and rigidity. However, since most of the fiber reinforcing materials used therein are glass fibers, the resulting composite material is heavier than unreinforced plastics, and thus, a composite material having light and good mechanical strength is desired.

한편 고밀도 폴리에틸렌등의 폴리올레핀, 그중에서도 초고분자량 폴리에틸렌을 고배율로 연신시킨 필라멘트는 고탄성, 고강도이고, 더욱이 경량이므로 복합재료의 경량화에 적합한 섬유보강 재료로서 기대되고 있다.On the other hand, polyolefins such as high-density polyethylene, and filaments drawn from ultra-high molecular weight polyethylene at high magnification, have high elasticity, high strength, and are lightweight, and are thus expected to be a fiber reinforcing material suitable for lightening composite materials.

그러나 폴리올레핀은 매트릭스 즉 수지, 고무등에 대해서 접착성이 떨어진다는 것과 폴리올레핀 특히 폴리에틸렌은 내열성에 난점이 있고, 비교적 낮은 온도에서도 크리프가 생기기 쉽다는 결점이 있다.However, polyolefins have poor adhesion to matrices, such as resins and rubbers, and polyolefins, in particular, polyethylenes, have difficulty in heat resistance and creep easily at relatively low temperatures.

접착성의 개량수단으로서 폴리올레핀 성형품을 프라즈마 방전 처리하여 매트릭스재와의 접착성을 개량하는 방법(특공소 54-794호 공보, 특개소57-177032호 공보) 또는 폴리올레핀 성형품을 코로나 방전처리해서 매트릭스재와의 접착성을 개량하는 방법(특공소 58-5314호 공보, 특개소 60-146078호 공보)등이 제안 되었다. 그리고 이와같은 방법에 의한 접착성 개량의 발현은 특개소 57-177032호 공보 및 특공소58-5314호 공보에 기재되어 있는 바외같이 폴리올레핀 성형품의 표면에 0.1-4μ의 다수의 미세한(凹凸)이 형성되고 이로인해서 성형품의 표면의 접착성이 개량된다고 기재되어 있다. 또 상기 특개소 60-146078호 공보에는 총조사선량이 0.05-3.0와트.분/㎡로 약하게 한 코로나 방전처리를 행하는 경우에도 필라멘트상의 방전에 의한 매우 미세한 흐림(haze)이 생기는 것이 필수로 되어있고, 그 결과, 1회의 조사총량이 근소한 0.2 와트.분/㎡의 코로나 방전처리를 행한 것만으로 필라멘트의 인장강도등이 미처리품에 비해서 60-70%의 강도가 저하되는 것이 이 공보 제3페이지의 제1표에 나타나 있고, 이 강도저하의 원인은 표면전면에 발생된 미세한(凹凸)에 인한 것으로 추찰된다.Plasma discharge treatment of a polyolefin molded article as a means of improving adhesiveness (Ag. 54-794, 57-177032) or Corona discharge treatment of a polyolefin molded article and The method of improving the adhesiveness of the (JP-A-58-5314, JP-A-60-146078) etc. was proposed. The development of adhesion improvement by such a method is characterized by the fact that many fine particles of 0.1-4μ are formed on the surface of the polyolefin molded article as described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-177032 and 58-5314. Thus, it is described that the adhesion of the surface of the molded article is improved. Further, in the above publication No. 60-146078, it is essential that a very fine haze due to discharge on the filament is generated even when performing a corona discharge treatment in which the total irradiation dose is weakened to 0.05-3.0 watt minute / m2. As a result, the tensile strength of the filament is reduced by 60-70% compared to the untreated product only by performing a corona discharge treatment of 0.2 W.min / m 2, where the total amount of irradiation is slightly small. As shown in the first table, the cause of the decrease in strength is presumed to be due to the minute occurrence occurring on the front surface.

상기 선행기술에서 볼수 있는 폴리올레핀 섬유의 접착성의 개선은 섬유표면에 미세한(凹凸)을 형성시키고 접착 비표면적의 증가 또는 투묘효과를 제공하는데 기인하는 것이지만 이와같은 처리에 의해서 섬유자체의 기계적 강도가 저하되는 것을 피할 수 없고 이 섬유를 보강재료 한 복합재는 예를들면 굽힘강도등의 기계적 성질이 만족스럽지 못하다.The improvement of the adhesiveness of the polyolefin fibers seen in the prior art is due to the formation of fine particles on the surface of the fiber and the increase of the specific adhesion surface area or the anchoring effect, but the mechanical strength of the fiber itself is reduced by such treatment. Inevitably, the composites reinforced with these fibers are not satisfactory in mechanical properties such as bending strength.

본 발명자등은 먼저 극한점도{η}가 5dl/g 이상의 초고분자량 폴리에틸렌에 라디칼 개시제의 존재하, 실란 화합물을 그래프트시킨 후 압출성형하고 이어서 이 압출물을 연신 후 또는 연신중에 실라놀 축합촉매를 함침시킨 후 수분에 노출시켜 가교할 때에는 종래의 폴리에틸렌의 연신성형체나 가교성형체에서 전혀 볼 수 없는 융해온도의 향성현상을 볼 수 있는 신규의 분자배향 성형체가 얻어지며 이 분자배향 성형체는 180℃의 온도에 10분간 폭로된 경우에도 융해되는 일이 없고 연신성형체의 형태가 유지됨과 더불어 이 열이력후에 있어서도 높은 강도 보지율이 유지되는 것을 발견했다. 또 이 연신성형체는 초고분자량 폴리에틸렌 연신성 형체에 특유이 고탄성율 및 고인장강도가 유지됨과 더불어 내크리프트성도 현저히 개선되는 것을 발견했다.The present inventors have first extruded after grafting a silane compound in the presence of radical initiator in ultra high molecular weight polyethylene having an extreme viscosity {η} of 5dl / g or more, and then impregnating a silanol condensation catalyst after stretching or extruding the extrudate. After crosslinking by exposure to moisture, a novel molecularly oriented molded article can be obtained in which the oriented phenomenon of melting temperature, which is not seen at all in conventional stretched or crosslinked molded articles of polyethylene, is obtained. It was found that even when exposed for 10 minutes, the shape of the stretched molded product was not melted and the high strength retention was maintained even after this heat history. In addition, the stretched molded article was found to have a high elastic modulus and a high tensile strength unique to the ultra-high molecular weight polyethylene stretched mold, and significantly improved the creep resistance.

본 발명자등은 이번에 이 분자배향 및 실란가교초고분자량 폴리에틸렌 섬유에 프라즈마 처리 또는 코로나 처리등의 표면처리를 행함으로써 상기 섬유가 본래 갖고 있는 기계적 성질이나 내크리프성을 손상시키지 않고 수지, 고무 또는 각종 시멘트등의 매트릭스와의 접착성을 현저히 향상시키고 복합재의 강도를 향상시킬수 있음을 발견했다.The present inventors, in turn, perform surface treatment such as plasma treatment or corona treatment on the molecular orientation and silane-crosslinked ultra high molecular weight polyethylene fibers, without impairing the mechanical properties and creep resistance of the fibers. It has been found that the adhesion to the matrix of the present invention can be significantly improved and the strength of the composite can be improved.

본 발명에 의하면 표면처리된 분자배향 및 실란가교 초고분자량 폴리에틸렌의 섬유로 되고 이 섬유는 구속상태에서 시차주사열량계로 측정했을 때 2회째 승온시의 주융해 피크로서 구해지는 초고분자량 폴리에틸렌 본래의 결정융해온도(Tm)보다도 적어도 10℃ 높은 온도에 적어도 2개의 결정융해피크(Tp)를 가잠과 더불어 전융해열량당 결정융해피크(Tp)에 준하는 융해열량이 50%이상 및 온도범위 Tm+35℃-Tm+120℃에서의 고온측 융해피크(Tp1)에 준한 융해열량의 총합계가 전융해 열량당 5%이상이고, 또한 이 섬유는 일렉트론스펙트로스코피포어 케미컬 아날리시스(ESCA)로 측정하여 탄소원자수 100개당 적어도 8개, 특히 10개이상의 산소원자를 갖는 조성의 표면을 갖는 것을 특징으로하는 접착성이 개선된 보강용 섬유재료가 제공된다.According to the present invention, it becomes a fiber of surface-treated molecular orientation and silane crosslinked ultrahigh molecular weight polyethylene, and the fiber is inherently crystallized in ultrahigh molecular weight polyethylene which is obtained as a main melting peak at the second temperature rise when measured by a differential scanning calorimeter in a confined state. At least two crystal melting peaks (Tp) at a temperature of at least 10 ° C higher than the temperature (Tm) and at the same time, the amount of heat of fusion corresponding to the crystal melting peak (Tp) per heat of melting is 50% or more and the temperature range Tm + 35 ° C-Tm The total amount of heat of fusion based on the high-temperature melting peak (Tp1) at + 120 ° C is 5% or more per melting amount, and this fiber is measured by electron spectroscopy pore chemical analysis (ESCA) per 100 carbon atoms. A reinforcing fiber material having improved adhesion is characterized by having a surface having a composition having at least eight, in particular ten or more oxygen atoms.

본 발명은 분자배향 및 실란가교 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 처리해야 할 섬유기체로서 선택하고 이것을 프라즈마 처리, 또는 코로나 방전처리등의 표면처리를 행하면 이 섬유의 기계적 강도등을 저하시킴이 없이 수지등의 매트릭스와의 접착성을 현저히 향상시킬 수 있다는 지식에 따른 것이다.According to the present invention, when molecular orientation and silane crosslinked ultrahigh molecular weight polyethylene fibers are selected as the fiber substrates to be treated and subjected to surface treatment such as plasma treatment or corona discharge treatment, the matrix of resins or the like is not degraded. According to the knowledge that can significantly improve the adhesion with.

즉, 선행기술의 교시에 의하면 폴리에틸렌 섬유에 프리즈마 처리나 코로나 방전처리를 행하면 섬유표면 전면에 미소(凹凸)(피팅)이 생성되고 이로인해서 매트릭스와의 접착성 향상을 가져오는 것이지만 본 발명에서는 분자배향 및 실란가교 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 기체로 함으로써 이와같은 피팅의 생성은 일어나지 않고 섬유표면은 평활한체이고 표면에 산소가 결합됨으로써 접착성이 향상되게 되는 것이다. 이 섬유는 표면이 원래의 섬유와 같이 평활하므로 섬유자체의 강도나 탄성율이 저하가 거의없고 더욱이 섬유기체가 내열성 및 내크리프성이 우수하므로 이 우수한 특성을 섬유보강 복합체에 부여할 수 있게 된다.In other words, according to the teaching of the prior art, when the polyethylene fiber is subjected to prisma treatment or corona discharge treatment, microfibers (fitting) are generated on the entire surface of the fiber, thereby improving adhesion to the matrix. By using the orientation and silane crosslinked ultra high molecular weight polyethylene fibers as a gas, such fittings do not occur, and the fiber surface is smooth and oxygen is bonded to the surface to improve adhesion. Since the fiber has the same smooth surface as the original fiber, the strength and elastic modulus of the fiber itself are hardly reduced, and further, since the fiber base is excellent in heat resistance and creep resistance, it is possible to impart this excellent property to the fiber reinforced composite.

본 발명에서 기체가 되는 분자배향 및 실란가교 초고분자 폴리에틸렌 섬유라 함은 실란그라프트 초고분자량 폴리에틸렌 섬유가 연신에 의해서 분자배향되고 이어서 실란가교된 것으로 정의되는 섬유를 말한다. 즉, 실란그라프트 초고분자량 폴리에틸렌을 연신조작을 행하면 실란그라프트 부분이 선택적으로 비정부로 되고 이 비정부를 거쳐서 배향결정부가 생성된다. 이어서 이 연신성형체를 실라놀 축합촉매의 존재하에 가교시키면 비정부에 선택적으로 가교구조가 형성되고 배향결정부의 양단이 실란가교로 고정된 구조가 된다. 이 분자배향 및 실란가교 구조는 섬유보강재의 내열성 및 내크리프성이나, 표면처리할 때 피팅방지에 중요한 이점을 가져온다.In the present invention, the molecular orientation and silane crosslinked ultra high molecular weight polyethylene fibers used as the gas refers to a fiber in which silane graft ultra high molecular weight polyethylene fibers are molecularly aligned by stretching and then silane crosslinked. In other words, when the silane graft ultrahigh molecular weight polyethylene is stretched, the silane graft portion is selectively non-fixed, and an oriented crystal part is generated through the non-fixed portion. Subsequently, when the stretched product is crosslinked in the presence of a silanol condensation catalyst, a crosslinked structure is selectively formed at non-government, and a structure in which both ends of the alignment crystal part are fixed by silane crosslinking is obtained. This molecular orientation and silane crosslinking structure have significant advantages in the heat and creep resistance of the fiber reinforcement, but in the prevention of fittings during surface treatment.

첨부도면 제1도는 본 발명에 사용되는 분자배향 및 실란가교 폴리에틸렌 섬유에 대해서 구속조건하에 측정한 시차주사 열량계에 의한 흡열곡선을 나타낸다. 제1도의 세컨드런(제1도이 측정을 행한 후에 2회째의 승온측정)을 행했을 때 흡열곡선을 나타냈다. 또 본 명세서에서 구속조건이라 함은 성형체에 적극적인 긴장을 주지않았지만 자유변형이 방지되도록 단부가 고정되어 있는 조건을 말한다.FIG. 1 shows an endothermic curve by differential scanning calorimetry measured under constraint conditions for molecular alignment and silane crosslinked polyethylene fibers used in the present invention. The endothermic curve was shown when the second run of FIG. 1 (the second temperature rise measurement after FIG. 1 performed the measurement) was performed. In addition, the term "constraints" in the present specification refers to a condition in which the end is fixed so that free deformation is prevented even though the molded body is not actively tensioned.

이들의 도면에서 명백한 바와같이 본 발명에 사용되는 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌 본래의 결정융해온도(Tm)보다도 적어도 10℃ 높은 온도에 적어도 2개의 결정융해피크(Tp)를 갖고 더욱이 전융해 열량당의 결정융해피크(TP)에 준한 융해열량이 50%이상, 특히 60% 이상이라는 특징을 갖고 있다. 또 이 결정융해피크(Tp)는 온도범위 Tm+35℃-Tm+120℃에 있어서의 고온측 융해피크(Tp1)와 온도범위 Tm+10℃-Tm+35℃에서의 저온측 피크(Tp2)와의 두가지로 표시되는 경우가 있지만 이 Tp1에 준한 융해열량의 총화가 본 발명의 섬유에서는 전융해열량당 5%이상 특히 10% 이상이라는 특징도 갖고 있다.As evident in these figures, the fibers used in the present invention have at least two crystal melting peaks (Tp) at a temperature at least 10 ° C. higher than the original crystal melting temperature (Tm) of ultra high molecular weight polyethylene, and furthermore, crystal melting per calorie melting amount. The heat of fusion according to the peak TP is 50% or more, particularly 60% or more. The crystal melting peak (Tp) has a high temperature side melting peak (Tp1) in the temperature range Tm + 35 ° C-Tm + 120 ° C and a low temperature side peak (Tp2) in the temperature range Tm + 10 ° C-Tm + 35 ° C. Although it may be expressed in two ways, the total amount of heat of fusion based on Tp1 is 5% or more, especially 10% or more, per heat of fusion in the fiber of the present invention.

이들의 높은 결정융해피크(Tp1,Tp2)는 초고분자량 폴리에틸렌 성형체의 내열성을 현저히 향상시키도록 작용하는 것이지만 고온의 열이력후에서의 강도보지율 향상에 기여하는 것은 고온측 융해피크(Tp1)라고 사료된다.These high crystal melting peaks (Tp1, Tp2) act to remarkably improve the heat resistance of ultra high molecular weight polyethylene molded articles, but it is the high temperature side melting peak (Tp1) that contributes to the improvement of strength retention after high temperature thermal history. do.

즉, 본 발명에 있어서의 분자배향실란 가교섬유에서는 섬유를 구성하는 적어도 일부의 중합체쇄의 결정융해온도가 전술한 바와같이 매우 고온측으로 이행되어 있으므로 극히 내열성이 우수하고 160℃에서 10분간의 열이력을 부여한 후의 강도보지율이 80%이상 바람직하기로는 180℃에서 10분간의 열이력을 부여한 후의 강도보지율이 60%이상 특히 80%이상, 또 200℃에서 5분간 열이력을 부여한 후의 강도보지율이 80% 이상이라는 종래의 초고분자량 폴리에틸렌으로부터는 전혀 예상조차 할 수 없는 놀라운 내열성을 나타낸다.That is, in the molecular orientation silane crosslinked fiber of the present invention, since the crystal melting temperature of at least part of the polymer chain constituting the fiber is shifted to a very high temperature side as described above, it is extremely excellent in heat resistance and a thermal history for 10 minutes at 160 ° C. The strength retention rate after giving the heat retention is preferably 80% or more, preferably the strength retention rate after giving the heat history for 10 minutes at 180 ° C. for 60 minutes or more, especially 80% or more and 5 minutes at 200 ° C. for 5 minutes. From this ultra high molecular weight polyethylene of more than 80%, it is surprisingly unpredictable.

또 본 발명의 섬유는 내열 크리프 특성, 예를들면 하중 : 30% 파단하중, 온도 : 70℃의 조건하에서 미가교물이 1분간 방치후 50% 이상의 신장을 나타내는데 대해서 가교섬유에서는 30%이하, 나아가서는 20% 이상으로 극히 우수하다.The fiber of the present invention exhibits elongation of at least 50% after 1 minute of uncrosslinked material under heat creep characteristics such as load: 30% breaking load and temperature: 70 ° C. Very good at over 20%.

또 본 발명의 섬유는 하중 : 50% 파단하중, 온도 : 70℃의 조건하에서 미가교물이 1분간을 기다리지않고 신장파단되는 것에 대해 1분간 방치후의 신장은 20%이하를 나타낸다.The fiber of the present invention exhibits 20% or less of elongation after standing for 1 minute while uncrosslinked material is elongated to rupture without waiting for 1 minute under load: 50% breaking load and temperature: 70 ° C.

첨부도면 제3도는 본 발명에 의한 표면처리(실시예 1)된 분자배향 및 실란가교 고분자량 폴리에틸렌 섬유의 표면 전자현미경사진(배율 1000배)이고, 제4도는 표면처리되지않은 분자배향 및 실란가교 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 똑같은 표면 전자현미경 사진이다. 표면촬영은 다음 전처리를 행한 후에 다음 조건에서 행한다. 즉, 전처리에서는, (1) 시료대에 양면 테이프로 커버 유리를 고정시키고 그위에 샘플을 양면 테이프로 고정시킨다.FIG. 3 is a surface electron micrograph (1000 times magnification) of the molecular orientation and silane crosslinked surface treatment (Example 1) according to the present invention, and FIG. 4 is a molecular orientation and silane crosslinking without surface treatment. The same surface electron micrograph of ultra high molecular weight polyethylene fibers. Surface imaging is performed under the following conditions after the next pretreatment. That is, in pretreatment, (1) the cover glass is fixed to a sample stand with a double-sided tape, and a sample is fixed with a double-sided tape on it.

(2) 도전성 도료(은 페이스트, 실베스트P-225)를 시료대와 샘플 및 커버유리와 시료대의 사이에 도포한다.(2) A conductive paint (silver paste, Sylvest P-225) is applied between the sample stand and the sample, and the cover glass and sample stand.

(3) 니혼덴시(주) 제 JEE 4B를 사용하여 금을 샘플면에 진공증착시킨다. 또 촬영은 니혼덴시(주) 제 JSM 25 S111로 배율 1000배로 행한다. 이때의 가속전압은 12.5KV로 행한다.(3) Vacuum is deposited on the sample surface using Nippon Denshi Co., Ltd. JEE 4B. Moreover, photography is performed at 1000 times magnification with JSM 25 S111 by Nihon Denshi Corporation. The acceleration voltage at this time is performed at 12.5 KV.

상기 제3도 및 제4도의 결과로부터 본 발명에 의한 표면처리 섬유에는 표면이 평활하게 유지되어 있는 것이 명백하고 표면에 배향방향의 균열폭이 0.1㎛이상 특히 0.08㎛ 이상의 크기로 생성되어 있지않다는 사실이 명백하다. 즉 표면에 0.1㎛ 이상의 폭으로(凹凸)이 형성되어 있는 폴리에틸렌 섬유에서는 기계적 강도가 상당히 저하되는데 대해 본 발명의 섬유에서는 이 균열폭이 0.1㎛ 미만으로 억제됨으로써 처리후에도 처리선과 사실상 같은 기계적 강도가 유지되는 것이다.From the results of FIGS. 3 and 4, it is clear that the surface-treated fibers according to the present invention have a smooth surface, and the fact that the crack width in the orientation direction does not form on the surface in a size of 0.1 µm or more, particularly 0.08 µm or more. It is obvious. In other words, the mechanical strength of the polyethylene fiber having a width of 0.1 µm or more formed on the surface is considerably lowered. In the fiber of the present invention, the crack width is suppressed to less than 0.1 µm, so that the mechanical strength substantially the same as that of the treatment line is maintained even after treatment. will be.

본 발명에 사용되는 표면처리 섬유는 ESCA로 측정하여 표면에 있어서의 탄소원자 100개당 산소원자의 부가원자수가 적어도 8개, 바람직하기로는 10개이상이라는 특징을 갖는다.The surface-treated fibers used in the present invention are characterized by at least 8, preferably 10 or more, atoms of oxygen atoms per 100 carbon atoms measured on the surface by ESCA.

즉, 미처리의 분자배향 및 실란가교 초고분자 폴리에틸렌 섬유의 산소원자의 부가수는 C100 당 7개미만인 것에 대해서 본 발명의 섬유에서는 산소원자의 부가수가 상기범위로 증가되어 있는 것과 더불어 이로인해서 매트릭스에 대한 접착성이 현저히 증대되는 것이다. 또 산소원자의 부가수는 ×선 광전자분광장치(시마즈세이사꾸쇼 제 ESCA750형)을 사용하고 양면 테이프로 샘플을 고정시킨 시료대를 도입하여 진공도를10-8Torr로 한 후에 광원으로서 Al K α(1,486,6 eV)를 사용하여 C15및 O15의 측정을 행하였다. 측정후에 파형처리를 행한 후에 각각의 피크면적을 산출하고 탄소에 대한 산소의 양을 구했다.That is, the number of oxygen atoms added to the untreated molecular orientation and silane crosslinked polyethylene polymer fibers is less than seven per C100. In the fibers of the present invention, the number of oxygen atoms added to the above range is increased, and thus, Adhesiveness is remarkably increased. In addition number of oxygen atoms × ray photoelectron spectrometer used (Shimadzu Seisakusho claim ESCA750 type), and the degree of vacuum by introducing the sample for the sample was fixed with double-sided tape, then to 10 -8 Torr as the light source Al K α (1,486,6 eV) was used to measure C 15 and O 15 . After the measurement, waveform processing was performed, and the respective peak areas were calculated to determine the amount of oxygen to carbon.

이상의 설명에서 본 발명에 의하여 표면처리된 분자배향 및 실란가교 초고분자 폴리에틸렌 섬유에 있어서 접착성 향상은 섬유표면에서의 피팅의 생성이 아니고 표면에서의 산소원자 부가에 의한 것임이 명백하다. 그 이유는 상기 섬유기체에 있어서 분자배향 및 실란가교 구조가 프라즈마 처리나 코로나 방전처리시에 피팅생성을 방지하지만 산화처리를 허용하기 때문이라고 사료된다.In the above description, it is evident that the adhesion improvement in the molecular orientation and silane crosslinked ultrahigh molecular polyethylene fibers treated by the present invention is due to the addition of oxygen atoms on the surface, not the formation of fittings on the fiber surface. The reason is that the molecular orientation and the silane crosslinking structure in the fiber substrate prevent the formation of the fitting during the plasma treatment or the corona discharge treatment, but allow the oxidation treatment.

본 발명의 보강용 섬유재료는 실란 그라프트 초고분자량 폴리에틸렌을 섬유상으로 성형하고 이것을 연신시켜 분자배향섬유로 하고 이 분자배향 섬유를 실라놀 축합촉매의 존재하에 실란가교시 얻어지는 분자배향 및 실란가교 섬유를 프라즈마 처리 또는 코로나 방전처리를 행함으로써 얻어진다.The reinforcing fiber material of the present invention is a molecular orientation fiber formed by forming a silane graft ultra high molecular weight polyethylene into a fibrous form and stretching it, and the molecular orientation fiber obtained by silane crosslinking in the presence of a silanol condensation catalyst It is obtained by performing a plasma treatment or a corona discharge treatment.

본 발명에 사용되는 초고분자량 폴리에틸렌(A)이라 함은 데카린 용매 135℃에 있어서의 극한점도{η}가 5dl/g이상, 바람직하기로는 7 내지 30dl/g의 범위의 것이다.The ultrahigh molecular weight polyethylene (A) used in the present invention has an intrinsic viscosity {eta} in the decalin solvent of 135 ° C of 5 dl / g or more, preferably in the range of 7 to 30 dl / g.

{η}가 5dl/g 미만의 것은 연신배율을 크게해도 인장강도가 우수한 연신물이 얻어지지 않는다. 또 {η}의 상한이 특히 한정되지는 않지만 30dl/g를 초과하는 것은 고농도하에서의 용융점도가 극히 높고 압축시에 멜트프렉처등이 발생되어 용융방사성이 떨어지는 경향이 있다. 이와같은 초고분자량 폴리에틸렌이라 함은 에틸렌 또는 에틸렌과 소량의 다른 α-올레핀 예를들면 프로필렌, 1-브텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥산등을 소위 지그러 중합에 의해서 중합시킴으로써 얻어지는 폴리에틸렌중에서 분자량이 높은 범주의 것을 말한다.If {η} is less than 5 dl / g, a stretched product having excellent tensile strength will not be obtained even if the draw ratio is increased. In addition, the upper limit of {η} is not particularly limited, but a value of more than 30 dl / g tends to be extremely high in melt viscosity under high concentration and to melt melt in compression, resulting in poor melt spinning. Such ultra high molecular weight polyethylene is polyethylene obtained by polymerizing ethylene or ethylene with a small amount of other α-olefins such as propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexane, etc. by so-called Ziegler polymerization. The thing of the range with high molecular weight among them.

한편 그라프트 처리에 사용되는 실한 화합물로서는 그라프트 처리와 가교처리가 가능한 실란화합물이면 어떤 것이나 좋고 이와같은 실란화합물은 라디칼 중합가능한 유기기와 가수분해 가능한 유기기의 양자를 갖는 것이며, 하기 일반식,The silane compound which can be used for the graft treatment may be any silane compound capable of graft treatment and crosslinking treatment. Such a silane compound has both a radical polymerizable organic group and a hydrolyzable organic group.

Figure kpo00001
Figure kpo00001

시중, R는 라디칼 중합가능한 에티렌계 불포화를 포함하는 유기기이며, Y는 가수분해가능한 유기기이며 n는 1 또는 2의 수이다. 로 표시된다.In the market, R is an organic group including radically polymerizable ethylene-based unsaturation, Y is a hydrolyzable organic group and n is a number of 1 or 2. Is displayed.

라디칼 중합성 유기기로서는 비닐기, 아릴기, 브테닐기, 시크로헥세닐기등의 에틸렌계 불포화 수소기나 아크릴옥시 알킬기, 메타크릴옥시 알킬기등의 에틸렌계 불포화 카본산 에스테르 단위를 함유하는 알킬기등을 들 수 있으나, 비닐기가 적합하다. 가수분해 가능한 유기기로서는 알콕시기나 아실옥시기등을 들 수 있다.Examples of the radically polymerizable organic group include alkyl groups containing ethylenically unsaturated hydrogen groups such as vinyl group, aryl group, butenyl group, and cyclohexenyl group, and ethylenically unsaturated carboxylic acid ester units such as acryloxy alkyl group and methacryloxy alkyl group. Vinyl groups are suitable. As an organic group which can be hydrolyzed, an alkoxy group, an acyloxy group, etc. are mentioned.

실란 화합물의 적당한 예는 이에 한정되지 않지만 비닐 트리에록시실란, 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리스(메록시 에톡시)실란 등이다.Suitable examples of the silane compound include, but are not limited to, vinyl triethoxysilane, vinyl trimethoxysilane, vinyl tris (methoxy ethoxy) silane, and the like.

본 발명에 의하면 상기 초고분자량 폴리에틸렌, 실란 화합물, 라디칼 개시제 및 희석제를 포함하는 조성물을 용융압출등에 의해서 열성형시킴으로써 실란 그라프트와 섬유로의 성형을 행한다. 즉, 라디칼 개시제와 용융혼련시의 열과의 작용에 의해서 초고분자량 폴리에틸렌에 폴리머 라디칼이 발생하고 이 폴리머 라디칼과 실란화합물과의 반응에 의해서 실란화합물의 초고분자량 폴리에틸렌으로의 그라프트가 생긴다.According to the present invention, the composition containing the ultra high molecular weight polyethylene, the silane compound, the radical initiator and the diluent is thermoformed by melt extrusion or the like, thereby forming the silane graft and the fiber. That is, polymer radicals are generated in the ultrahigh molecular weight polyethylene by the action of the radical initiator and heat during melt kneading, and graft of the silane compound into the ultrahigh molecular weight polyethylene is generated by the reaction between the polymer radical and the silane compound.

라디칼 개시제로는 이 종류의 그라프트 처리에 사용되고 있는 라디칼 개시제는 모두 사용할 수 있고, 예를들면 유기퍼옥시드, 유기 퍼에스테르, 아조 화합물등이 사용된다. 초고분자량 폴리에틸렌의 용융혼련조건하에서 그라프트를 유효하게 행하기 위해서는 라디칼 개시제의 반감기 온도 100 내지 200℃의 범위에 있는 것이 바람직하다.As a radical initiator, all the radical initiators used for this kind of graft processing can be used, For example, an organic peroxide, an organic perester, an azo compound etc. are used. In order to perform graft effectively under the melt kneading conditions of ultra high molecular weight polyethylene, it is preferable to exist in the range of the half life temperature 100-200 degreeC of a radical initiator.

본 발명에서는 실란 그라프트 초고분자량 폴리에틸렌의 용융성형을 가능하게 하기 위하여 희석제를 배합한다. 이와같은 희석제로는 초고분자량 폴리에틸렌에 대한 용제나 초고분자량 폴리에틸렌에 대해서 상용성을 갖는 각종 왁스상물이 사용된다.In the present invention, a diluent is formulated to enable melt molding of the silane graft ultra high molecular weight polyethylene. As such a diluent, solvents for ultra high molecular weight polyethylene or various waxy substances having compatibility with ultra high molecular weight polyethylene are used.

용제는 바람직하기로는 상기 폴리에틸렌의 융점이상, 더욱 바람직하기로는 융점+20℃ 이상의 비등점을 갖는 용제이고, 예를들면 지방족 탄화수소계 용매, 방향족 탄화수소계 용매 또는 그 수소화 유도체 할로겐화 탄화수소 용매등을 들 수 있다.The solvent is preferably a solvent having a melting point of the polyethylene above, more preferably a boiling point of + 20 ° C. or higher, and for example, an aliphatic hydrocarbon solvent, an aromatic hydrocarbon solvent or a hydrogenated derivative halogenated hydrocarbon solvent. .

왁스류로서는 지방족 탄화수소 화합물 또는 그 유도체가 사용된다. 지방족 탄화수소 화합물로서는 포화지방족 탄화수소 화합물을 주체로 하는 것이며, 통상 분자량이 2000이하, 바람직하기로는 1000이하, 더욱 바람직하기로는 800이하 파라핀계 왁스라고 불리우는 것이다. 지방족 탄화수소 화합물 유도체로서는 예를들면 지방족 탄화수소기(알킬기, 알케닐기)의 말단 또는 내부에 1개 또는 그이상, 바람직하기로는 1 내지 2개, 특히 바람직하기로는 1개의 카복실기, 수산기, 칼바모일기, 에스테르기, 머캅토기, 카보닐기등의 관능기를 갖는 화합물인 탄소수 8이상, 바람직하기로는 탄소수 12-50 또는 분자량 130-2000, 바람직하기로는 200-800의 지방족, 지방족 알콜, 지방족아미드, 지방산 에스테르, 지방족 머캅탄, 지방족 알데히드, 지방족 케톤등을 들 수 있다.As the wax, an aliphatic hydrocarbon compound or a derivative thereof is used. The aliphatic hydrocarbon compound is mainly composed of a saturated aliphatic hydrocarbon compound, and usually has a molecular weight of 2000 or less, preferably 1000 or less, and more preferably 800 or less, called a paraffin wax. As the aliphatic hydrocarbon compound derivative, for example, one or more, preferably 1 to 2, particularly preferably 1 carboxyl group, hydroxyl group, carbamoyl group at the terminal or inside of the aliphatic hydrocarbon group (alkyl group, alkenyl group) , Aliphatic, aliphatic alcohols, aliphatic amides, fatty acid esters having 8 or more carbon atoms, preferably 12-50 carbon atoms or 130-2000 molecular weights, preferably 200-800, which are compounds having functional groups such as ester groups, mercapto groups and carbonyl groups And aliphatic mercaptans, aliphatic aldehydes, and aliphatic ketones.

본 발명에 있어서 희석제로서 왁스류를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 그렇다함은 왁스류의 사용에 의해서 압출용 조성물이 비교적 단시간의 혼련으로 용이하게 얻어지고 피팅의 원인이 되는 폴리에틸렌의 감성이 억제되기 때문이다.In the present invention, it is particularly preferable to use waxes as diluents. This is because the composition for extrusion is easily obtained by kneading in a relatively short time by the use of waxes, and the sensitivity of polyethylene which causes the fitting is suppressed.

본 발명에 있어서 상기 초고분자량 폴리에틸렌 100중량부당 실란화합물은 0.1 내지 10중량부 특히 0.2 내지 5.0중량부, 라디칼 개시제는 촉매량 일반적으로 0.01 내지 3.0중량부, 특히 0.05 내지 0.5중량부 및 희석제는 9900 내지 33중량부, 특히 1900 내지 100중량부의 양으로 사용하는 것이 좋다. 실란화합물의 양이 상기 범위보다도 낮은 경우에는 최종 연신 가교성형제의 가교밀도가 너무 낮아져서 소기의 결정 융해온도의 향상이 얻어지지 않게되는 경향이 있다. 한편 실란화합물의 양이 상기 범위를 초과하는 경우에는 최종가교성형체의 결정화도가 저하되고, 기계적 성질, 즉 탄성율이나 인장강도등이 저하되는 경향이 있다. 또 실란화합물은 고가이므로 경제적으로도 불리하게 된다. 또 희석제의 양이 상기 범위보다도 낮을 경우에는 용융점도가 너무 높아져서 용융혼련이나 용융성형이 곤란해짐과 더불어 섬유의 표면의 거치름이 심하고 연신절단등이 생기기 쉽다. 한편 희석제의 양이 상기 범위보다도 많으면 역시 용융혼련이 곤란해지고 또 성형품의 연신성이 떨어지게 된다.In the present invention, the silane compound per 100 parts by weight of the ultra high molecular weight polyethylene is 0.1 to 10 parts by weight, in particular 0.2 to 5.0 parts by weight, the radical initiator is generally 0.01 to 3.0 parts by weight, especially 0.05 to 0.5 parts by weight and the diluent is 9900 to 33 It is preferred to use in parts by weight, in particular 1900 to 100 parts by weight. When the amount of the silane compound is lower than the above range, the crosslinking density of the final stretched crosslinking molding agent is too low, so that the desired crystal melting temperature is not improved. On the other hand, when the amount of the silane compound exceeds the above range, there is a tendency that the crystallinity of the final crosslinked product is lowered, and the mechanical properties, that is, the elastic modulus and the tensile strength, are lowered. In addition, the silane compound is expensive and disadvantageously economically. When the amount of the diluent is lower than the above range, the melt viscosity becomes too high to make melt kneading and melt molding difficult, and the roughness of the surface of the fiber is severe, and the stretching is likely to occur. On the other hand, when the amount of the diluent is larger than the above range, melt kneading is also difficult and the stretchability of the molded article is inferior.

초고분자량 폴리에틸렌으로의 상기 각 약품의 배합은 임의의 수단으로 행할 수 있다. 실란화합물, 라디칼개시제 및 희석제를 동시에 배합하고 용융혼련을 행하여도 좋고 또 실란화합물 및 라디칼 개시제를 우선 배합하고 이어서 희석제를 배합하는 방법이나 역으로 초고분자량 포리에틸렌에 희석제를 우선 배합하고 이어서 실란화합물 및 라디칼 개시제를 배합하는 방법등이 사용된다.The compounding of each of the above chemicals into ultra high molecular weight polyethylene can be carried out by any means. The silane compound, the radical initiator and the diluent may be simultaneously mixed and melt kneaded, or the silane compound and the radical initiator may be first mixed, followed by the diluent, or conversely, the ultra high molecular weight polyethylene may be first mixed with the silane compound and The method of mix | blending a radical initiator etc. is used.

용융혼련은 일반적으로 150 내지 300℃, 특히 170 내지 270℃의 온도로 행하는 것이 바람직하고 상기 범위보다도 낮은 온도에서는 용융점도가 너무 높아서 용융성형이 곤란해지고 또 상기 범위보다도 높을 경우에는 열감성으로 인해서 초고분자량 폴리에틸렌의 분자량이 저하되어 고탄성율 및 고강도의 성형체를 얻기가 곤란해진다. 또 배합은 헨셸믹서, V형 브랜더 등에 의한 건식브랜드로 행하여도 좋고 또는 단축 혹은 다축 압출기를 사용하는 용융혼합으로 행하여도 좋다.Melt kneading is generally performed at a temperature of 150 to 300 ° C., especially 170 to 270 ° C., and melting temperature is too high at a temperature lower than the above range, making melt molding difficult, and when higher than the above range, it is very high due to thermal sensitivity. Molecular weight The molecular weight of polyethylene falls, and it becomes difficult to obtain a molded article having a high modulus of elasticity and high strength. The mixing may be carried out by a dry brand using a Henschel mixer, a V-type brander or the like, or may be performed by melt mixing using a single screw or a multi screw extruder.

방사노즐을 행하여 압출함으로써 연신용 필라멘트가 얻어지지만 방사노즐로부터 압출된 용융물에 드라프트, 즉 용융상태에서의 연신을 가할 수도 있다. 용융수지의 다이 오리피스내에서의 압출속도, Vo와 냉각고화된 미연신물의 권취속도 V와의 비를 드라프트비로 하여 식으로 정의할 수 있다.Stretching filaments are obtained by performing extrusion with a spinning nozzle, but a draft, that is, stretching in a molten state, may be added to the melt extruded from the spinning nozzle. The ratio between the extrusion speed in the die orifice of the molten resin and the winding speed V between the Vo and the uncured and uncured unstretched material can be defined as the draft ratio.

Figure kpo00002
Figure kpo00002

이와같은 드라프트비는 혼합물의 온도 및 초고분자량 폴리에틸렌의 분자량등에 의하지만 통상은 3이상, 바람직하기로는 6이상으로 할 수 있다.Such a draft ratio is usually 3 or more, preferably 6 or more, depending on the temperature of the mixture and the molecular weight of the ultrahigh molecular weight polyethylene.

성형 필라멘트의 냉각고화는 풍냉, 수냉등의 강제냉각수단으로 행할 수 있다.The cooling solidification of the molded filament can be performed by forced cooling means such as air cooling or water cooling.

이와같이 하여 얻어지는 실란 그라프트 초고분자걍 폴리에틸렌의 미연신섬유를 연신처리한다. 연신처리의 정도는 물론 섬유의 초고분자량 폴리에틸렌에 1축방향의 분자배향이 유효하게 부여되도록 한 것이다.The unstretched fiber of the silane graft ultra high molecular weight polyethylene obtained in this way is extended | stretched. The degree of stretching treatment is, of course, to effectively impart molecular orientation in the uniaxial direction to the ultra high molecular weight polyethylene of the fiber.

실란 그라프트 폴리에틸렌 필라멘트의 연신은 일반적으로 40 내지 160℃, 특히 80 내지 145℃의 온도로 행하는 것이 바람직하다. 미연신 섬유를 상기 온도로 가열 보지하기 위한 열매체로서는 공기, 수증기, 액체 매체중 어느 것도 사용할 수 있다.Stretching of the silane graft polyethylene filament is generally performed at a temperature of 40 to 160 ° C, in particular 80 to 145 ° C. As a heat medium for heating and holding an unstretched fiber at the said temperature, any of air, water vapor, and a liquid medium can be used.

그러나 열매체로서 전술한 희석제를 용출제거할 수 있는 용매이며, 또 그 비등점이 성형체 조성물의 융점보다도 높은 것, 구체적으로는 데카린, 데칸, 등유등을 사용하여 연신조작을 행하면 전술한 희석제의 제거가 가능해짐과 더불어 연신시의 연신불균형의 해소 및 고연신배율의 달성이 가능해지므로 바람직하다.However, as the heat medium, the above-mentioned diluent is a solvent capable of eluting and removing, and the boiling point is higher than the melting point of the molded body composition, specifically, when the stretching operation is performed using decalin, decane, kerosene or the like, the above-mentioned diluent is removed. In addition to being possible, it is preferable to solve the stretching imbalance at the time of stretching and to achieve a high draw ratio.

물론 초고분자량 폴리에틸렌으로부터 과잉의 희석제를 제거하는 수단은 상기 방법에 한정되지 않고 미연신물을 헥산, 헵탄, 열에타놀, 크로로포름, 벤젠등의 용제로 처리후 연신하는 방법, 연신물을 헥산, 헵탄, 열에타놀, 크로로포름, 벤젠등의 용제로 처리하는 방법에 의해서도 성형물중의 과잉 희석제의 제거를 유효하게 행하고 고탄성율, 고강도의 연신물을 얻을 수 있다.Of course, the means for removing the excess diluent from the ultra-high molecular weight polyethylene is not limited to the above method, and the method of stretching the unstretched product with a solvent such as hexane, heptane, thermal ethanol, chloroform, benzene and the like, and the stretched product of hexane, heptane In addition, by removing the excess diluent from the molded article effectively by a method of treating with a solvent such as thermal ethanol, chloroform or benzene, a stretched product having high elastic modulus and high strength can be obtained.

연신조작은 일단 또는 2단이상의 다단으로 행할 수 있다. 연신배율은 소망하는 분자배향 효과에도 의존되지만 일반적으로 5 내지 80배, 특히 10 내지 50배의 연신배율이 되도록 연신조작을 행하면 만족스러운 결과가 얻어진다.The stretching operation can be performed in one stage or in multiple stages of two or more stages. Although the draw ratio is also dependent on the desired molecular orientation effect, a stretching operation is generally performed so as to have a draw ratio of 5 to 80 times, in particular 10 to 50 times, and satisfactory results are obtained.

필라멘트의 1축 연신조작에는 주속이 다른 롤러사이에서 인장연신을 행하면 된다.In the uniaxial stretching operation of the filament, tensile stretching may be performed between rollers having different circumferential speeds.

본 발명에 의하면, 상기 연신중 혹은 연신후에 성형물중에 실라놀 축합촉매를 함침시키고 이어서 연신성형체를 수분과 접촉시켜서 가교시킨다.According to the present invention, a silanol condensation catalyst is impregnated in the molded product during or after the stretching, and then the stretched molded product is brought into contact with water for crosslinking.

실라놀 축합촉매로서는 그 자체 공지의 것, 예를들면 디브틸석디라우레이트, 디브틸석디아세테이트, 디브틸석옥트에이트등의 디알킬석디카복시레이트, 티탄산테트라브틸에스테르등의 유기 티타네이트, 나프텐산연등을 사용할수 있다. 이들의 실라놀 축합촉매는 액체매체중에 용해시킨 상태에서 미연신섬유 또는 연신섬유와 접촉시킴으로써 이들을 섬유중에 유효하게 함침시킬 수 있다. 예를 들면 연신처리를 액체매체중에서 행하는 경우에는 이 연신용 액체매체중에 실라놀 축합촉매를 용해시켜 놓음으로써 연신조작과 동시에 실라놀 축합촉매의 성형체로의 함침처리를 행할 수 있다. 본 발명의 방법에 있어서 성형섬유중에 포함되는 왁스류 등의 희석제는 실라놀 축합촉매의 성형체중으로의 고른 함침을 조장시키게 작용되는 것으로 믿어진다.As a silanol condensation catalyst, it is well-known by itself, for example, organic titanates, such as dialkylsulfacarboxylates, such as a dimethylsulfite dilaurate, a dimethylsyl diacetate, and a dimethylsyl octate, and a titanate tetrabutyl ester, naph You can use lead acid. These silanol condensation catalysts can be effectively impregnated in the fibers by contacting with the unstretched fibers or the stretched fibers in the state dissolved in the liquid medium. For example, when the stretching treatment is carried out in a liquid medium, the silanol condensation catalyst is dissolved in the stretching liquid medium, and the impregnation treatment of the silanol condensation catalyst into the molded body can be performed simultaneously with the stretching operation. In the method of the present invention, it is believed that diluents such as waxes contained in the molded fiber act to promote even impregnation of the silanol condensation catalyst into the molded body.

섬유중에 함침되는 실라놀 축합촉매의 양은 소위 촉매량으로 좋고 직접 그 양을 규정하는 것은 곤란하지만 일반적으로는 미연신 또는 연신을 마친 섬유와 접촉되는 액체매체중에 10 내지 100중량%, 특히 25 내지 75중량%의 양으로 실라놀 축합촉매를 첨가시키고 이 액체촉매와 성형체를 접촉시킴으로써 만족한 결과가 얻어진다.The amount of silanol condensation catalyst impregnated in the fiber is a so-called catalytic amount and it is difficult to define the amount directly, but in general 10 to 100% by weight, especially 25 to 75%, in the liquid medium in contact with the unstretched or stretched fiber. Satisfactory results are obtained by adding the silanol condensation catalyst in an amount of% and contacting the liquid catalyst with the molded body.

연신섬유의 가교처리는 실라놀 축합촉매를 함침시킨 실란 그라프트 초고분자량 폴리에틸렌의 연신섬유를 수분과 접촉시킴으로써 행해진다. 이 가교처리 조건에 관해서 각별한 제한은 없으나 일반적으로 낮은 처리 온도에서는 긴 처리시간이 필요하게 되므로 공업적으로는 50 내지 130℃의 온도에서 3 내지 24시간, 연신섬유와 수분과의 접촉을 행하게 하는 것이 유리하다. 이 목적을 위하여 수분은 열수 또는 열수증기의 형태로 연신섬유에 작용시키는 것이 좋다. 이 가교처리시에 연신섬유를 구속조건하에 두고 배향완화가 방지되도록 할 수도 있고 또는 역으로 비구속조건하에서 어느 정도의 배향완화가 생기도록 하여도 좋다.Crosslinking treatment of the stretched fiber is carried out by contacting the stretched fiber of silane graft ultra high molecular weight polyethylene impregnated with a silanol condensation catalyst with water. There is no particular restriction regarding the crosslinking treatment conditions, but generally, a long treatment time is required at a low treatment temperature, so that industrially, it is possible to perform contact with the stretched fiber and water at a temperature of 50 to 130 ° C. for 3 to 24 hours. It is advantageous. For this purpose, moisture may be applied to the stretched fiber in the form of hot water or steam. At the time of this crosslinking treatment, the stretched fibers may be placed under restraint conditions to prevent orientation relaxation, or conversely, some degree of orientation relaxation may occur under unconstrained conditions.

또 연신섬유를 가교처리한 후에 더 연신처리(통상 3배 이하)를 행하면 인장강도 등의 기계적 강도가 더 개선된다.Further, further stretching treatment (usually three times or less) after crosslinking the stretched fiber further improves mechanical strength such as tensile strength.

본 발명에 의하면 이와 같이 하여 얻어진 실란가교 연신섬유를 프라즈마 처리 또는 코로나 방전처리를 행한다.According to the present invention, the silane crosslinked stretched fiber thus obtained is subjected to plasma treatment or corona discharge treatment.

르라즈마 처리에 사용되는 장치로서는 고주파 방전, 마이크로파 방전 또는 그로우 방전 등의 프라즈마 방전을 발생하는 장치이면 어떤 것이나 좋으며 처리분위기로서는 공기, 질소, 산소, 알곤, 헬리움 등이 단독 또는 2종 이상 조합되어 사용되지만 그중에서 분위기로서는 공기 또는 산소가 바람직하다. 분위기 압력은 일반적으로 10-4내지 10Torr, 특히 10-2내지 5Torr의 범위에 있는 것이 바람직하다. 처리에너지는 20 내지 300W, 특히 50 내지 200W의 범위가 적당하고, 처리시간은 1 내지 600초, 특히 5 내지 300초가 바람직하다.Any device that is used for the treatment of llamas may be any device that generates plasma discharge such as high frequency discharge, microwave discharge, or glow discharge. As the treatment atmosphere, air, nitrogen, oxygen, argon, helium, etc. may be used alone or in combination of two or more. Among them, air or oxygen is preferable as the atmosphere. The atmospheric pressure is generally in the range of 10 −4 to 10 Torr, in particular 10 −2 to 5 Torr. The treatment energy is suitably in the range of 20 to 300 W, in particular 50 to 200 W, and the treatment time is preferably 1 to 600 seconds, particularly 5 to 300 seconds.

코로나 처리시의 장치는 통상의 코로나 방전장치, 예를 들면 하고오교샤제의 장치를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전극형상으로서는 바형, 면형, 스프리트형 등을 들 수 있으나 그중에서 바형전극이 바람직하다. 또 전극간 거리는 통상 0.4-2.0㎜, 바람직하기로는 0.7-1.5㎜가 좋다. 또 처리에너지는 통상 0.4W/㎡/min-500W/㎡/min의 범위이고, 바람직하기로는 10W/㎡/min-500W/㎡/min, 특히 바람직하기로는 25W/㎡/min-200W/㎡/min이다. 처리에너지가 0.4W/㎡/min 미만에서는 접착성의 개량효과가 없는 경우가 있고, 500W/㎡/min를 초과하면 표면에 (凹凸)이 생겨 기계적 강도가 저하되는 경우가 있다.The apparatus at the time of corona treatment may be a conventional corona discharge device, for example, a device made by Haogyo Co., but is not limited thereto. Examples of the electrode shape include a bar shape, a planar shape, and a split type. Among them, a bar electrode is preferable. The distance between the electrodes is usually 0.4-2.0 mm, preferably 0.7-1.5 mm. The treatment energy is usually in the range of 0.4W / m 2 / min-500W / m 2 / min, preferably 10W / m 2 / min-500W / m 2 / min, particularly preferably 25W / m 2 / min-200W / m 2 / min. If the treatment energy is less than 0.4 W / m 2 / min, there may be no effect of improving the adhesiveness. If the treatment energy exceeds 500 W / m 2 / min, (표면) may form on the surface, and the mechanical strength may decrease.

본 발명에 사용되는 보강용 섬유는 전술한 결정융해 특성과 표면화학적 특성을 구비하고 있다.Reinforcing fibers used in the present invention have the above-mentioned crystal melting characteristics and surface chemical properties.

본 발명에 있어서의 융점 및 결정융해 열량은 아래 방법으로 측정했다.Melting | fusing point and the amount of crystal melting heat in this invention were measured by the following method.

융점의 측정은 시차주사 열량계로 아래와 같이 행하였다. 시차주사 열량계는 DSC Ⅱ형(파킨엘머사제)를 사용했다. 시료는 약 3mg을 4㎜×4㎜, 두께, 100μ의 알미늄판에 감음으로써 배향방향에 구속시켰다. 이어서 알미늄판에 감은 시료를 알미늄팬중에 봉입시켜 측정용 시료로 하였다. 또 레퍼런스 홀더에 넣은 통상 비워있는 알미늄팬에는 시료로 사용한 것과 같은 알미늄판을 봉입시켜 열평형을 취했다. 우선 시료를 30℃에서 약 1분간 보지하고 그 후에 10℃/min의 승온온도에서 250℃까지 승온시키고 제1회째 승온시의 융점 측정을 완료했다. 뒤이어 250℃의 상태에서 10분간 보지하고 이어서 20℃/min의 승온속도로 강온시키고 또 30℃에서 10분간 시료를 보지했다. 이어서 2회째의 승온을 10℃/min의 승온속도로 250℃까지 승온시키고 이 때에 2회째 승온시(세컨드런)의 융점 측정을 완료했다. 이 때에 융해피크의 최대치를 융점으로 하였다. 숄더로서 나타날 경우에는 숄더의 바로 저온측의 변곡점과 바로 고온측의 변곡점에서 접선을 그어 교점을 융점으로 하였다.The melting point was measured by a differential scanning calorimeter as follows. Differential scanning calorimeter used DSC type II (made by Parkin Elmer). The sample was constrained in the orientation direction by winding about 3 mg of aluminum plate of 4 mm x 4 mm, thickness, and 100 micrometers. Next, the sample wound on the aluminum plate was enclosed in the aluminum pan, and it was set as the sample for measurement. In addition, in an aluminum pan usually put in a reference holder, the same aluminum plate as that used as a sample was enclosed to obtain thermal equilibrium. First, the sample was held at 30 ° C. for about 1 minute, after which the temperature was raised to 250 ° C. at a temperature rising temperature of 10 ° C./min, and the melting point measurement at the first temperature rising was completed. Subsequently, it hold | maintained for 10 minutes in the state of 250 degreeC, and then, it temperature-falled at the temperature increase rate of 20 degree-C / min, and hold | maintained the sample for 10 minutes at 30 degreeC. Subsequently, the temperature increase of the 2nd time was heated up to 250 degreeC by the temperature increase rate of 10 degree-C / min, and the melting point measurement at the time of 2nd temperature rising (second run) was completed. At this time, the maximum value of the melting peak was taken as the melting point. In the case of appearing as a shoulder, a tangent line was drawn at the inflection point on the low temperature side of the shoulder and the inflection point on the high temperature side to make the intersection as the melting point.

또 흡열곡선의 60℃와 240℃의 점을 연결하고 이 직선(베이스라인)과 2회째 승온시의 주융해 피크로서 구해지는 초고분자량 폴리에틸렌 본래의 결정융해 온도(Tm)보다도 10℃ 높은 점에 수선을 긋고 그것들로 둘러쌓인 저온측의 부분을 초고분자량 폴리에틸렌 본래의 결정융해(Tm)에 준하는 것으로 하고 또 고온측의 부분을 본 발명 성형체의 기능을 발현시키는 결정융해(Tp)에 준하는 것으로 하고 각각의 결정융해 열량은 이들의 면적으로 산출했다. 또 Tp1 및 Tp2의 융해에 준한 융해 열량도 상술한 방법에 따르고, Tm+10℃부터의 수선과 Tm+35℃부터의 수선에 둘러쌓인 부분을 Tp2의 융해에 준한 융해열량의 것으로 하고 고온측 부분을 Tp1의 융해에 준한 융해열량의 것으로 하여 마찬가지로 산출했다.In addition, it connects the point of 60 degreeC and 240 degreeC of an endothermic curve, and repairs it to the point which is 10 degreeC higher than the original crystal melting temperature (Tm) of the ultrahigh molecular weight polyethylene calculated | required as the main melting peak at the time of this straight line (baseline) and 2nd temperature rising. The low temperature side enclosed by them shall be equivalent to the original crystal melting (Tm) of ultra high molecular weight polyethylene, and the high temperature side shall be equivalent to the crystal melting (Tp) expressing the function of the molded article of the present invention. The amount of crystal melting calories was calculated by their area. The amount of heat of fusion according to the melting of Tp1 and Tp2 is also determined by the method described above, and the portion enclosed by the water line from Tm + 10 ° C. and the water line from Tm + 35 ° C. is the amount of heat of fusion according to the melting of Tp2. Was calculated in the same manner as that of the heat of fusion corresponding to the melting of Tp1.

성형체에 있어서의 분자량 배향의 정도는 X선 회절법, 복굴절법, 형광 편광법 등으로 알 수 있다. 본 발명의 연신 실란가교 필라멘트의 경우에 예를 들면 고오교오 가가꾸 잣시 제39권 992페이지(1939)에 상세히 기술되어 있는 반가폭에 의한 배향도 즉, 식The degree of molecular weight orientation in the molded product can be known by X-ray diffraction, birefringence, fluorescence polarization, or the like. In the case of the stretched silane crosslinked filaments of the present invention, for example, the orientation by half width, which is described in detail in Kogyo Kagaku Jakshi Vol. 39, p. 992 (1939), that is, the equation

Figure kpo00003
Figure kpo00003

식중, H°는 적도상 최강의 파라트로프면의 형데바이스환에 연한 강도분포 곡선의반가폭(°)이다.In the formula, H ° is the half width (°) of the light intensity distribution curve on the device ring of the paratrope surface which is the strongest on the equator.

로 정의되는 배향도(F)가 0.90이상 특히 0.95이상이 되도록 분자배향되어 있는 것이 내열성이나 기계적 성질의 관점에서 바람직하다.It is preferable from the viewpoint of heat resistance and mechanical properties that the molecular orientation is defined such that the degree of orientation (F) defined by is 0.90 or more, in particular 0.95 or more.

또 본 발명에 사용되는 섬유의 실란 그라프트량은 초고분자량 폴리에틸렌당의 Si중량%로서 표시하며 0.01 내지 5중량%, 특히 0.035 내지 3.5중량%의 범위에 있는 것이 내열성이란 관점에서 바람직하다. 즉, 그라프트량이 상기 범위보다도 적은 경우에는 가교밀도가 본 발명의 경우에 비해서 적고 한편 상기 범위보다도 많은 경우에는 결정성이 저하되어 어느 것이나 내열성이 불충분하게 된다.In addition, the amount of silane graft of the fiber used in the present invention is expressed in terms of Si% by weight of ultra high molecular weight polyethylene, preferably in the range of 0.01 to 5% by weight, particularly 0.035 to 3.5% by weight, from the viewpoint of heat resistance. In other words, when the graft amount is less than the above range, the crosslinking density is less than in the case of the present invention. On the other hand, when the graft amount is more than the above range, the crystallinity is lowered and both have insufficient heat resistance.

이 실란 그라프트량은 예를 들면 실란 그라프트 후의 섬유를 135℃의 온도에서 p-키실렌중에서 4시간 추출처리를 행하여 미반응의 실란이나 함유되는 희석제 등을 추출제거하고 중량법 또는 원자흡광법으로 Si의 정량을 행함으로써 구할 수 있다.The amount of silane graft is, for example, the fiber after the silane graft is extracted for 4 hours in p-xylene at a temperature of 135 ° C to extract and remove unreacted silanes or diluents contained therein, and by weight or atomic absorption method. It can obtain | require by performing quantification of.

본 발명의 보강용 섬유는 예를 들면 필라멘트의 상태이며 일반적으로 20Gpa 이상, 바람직하기로는 50Gpa 이상의 탄성율과 1.2GPa 이상, 바람직하기로는 1.5GPa 이상의 인장강도를 나타낸다. 단 섬유의 섬도는 특히 제한은 없으나 일반적으로 0.5 내지 20데닐 특히 1 내지 12데닐의 범위에 있는 것이 바람직하다.The reinforcing fibers of the invention are, for example, in the form of filaments and generally exhibit an elastic modulus of at least 20 Gpa, preferably at least 50 Gpa and a tensile strength of at least 1.2 GPa, preferably at least 1.5 GPa. The fineness of the short fibers is not particularly limited, but is generally in the range of 0.5 to 20 denyl, especially 1 to 12 denyl.

본 발명의 보강용 섬유는 소위 멀티필라멘트로 사용될 뿐만 아니라 소위 피브릴화된 테이프의 형으로도 사용될 수 있다.The reinforcing fibers of the present invention can be used not only as so-called multifilaments but also as so-called fibrillated tapes.

또 필라멘트상이면 로프, 네트, 크로스쉬트 또는 기타의 편직포, 부직포, 종이로 가공하여 후술하는 극성재료에 함침 또는 적층시켜 사용하는 방법, 테이프상의 것이면 크로스쉬트, 로프 등으로 가공하여 후술하는 매트릭스 재료에 함침 또는 적층시켜 사용하는 방법, 또는 필라멘트, 테이프를 적의 커트하여 스테이플상 보강재료로서 매트릭스 재료에 함침시키는 방법 등을 채용할 수 있다.In the case of filament, it is processed by rope, net, cross sheet or other knitted fabric, nonwoven fabric, paper, and impregnated or laminated with polar material described later. If it is tape type, it is processed by cross sheet, rope, etc. The method of impregnation or lamination | stacking, or the method of impregnating a filament and a tape suitably and impregnating a matrix material as a staple reinforcement material etc. can be employ | adopted.

복합재의 매트릭스 재료로서는 포트란트 시멘트, 알마 시멘트 등의 시멘트 Al2O3, SiO2, B4C, TiB2, ZrB2등의 세라믹스 재료 등의 무기 매트릭스 재료, 페놀 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 디아릴 프타레이트 수지, 우레탄 수지, 메라민 수지, 우레아 수지 등의 열경화성 수지, 나일론, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아세타르, 폴리염화비닐, 셀르로즈형 수지, 폴리스티렌, 아크리로니트릴스티렌 공중합체 등의 열가소성 수지 등의 유기 매트릭스 재료 등을 들 수 있다. 이들의 매트릭스 재료로서는 경화온도 또는 성형온도가 본 발명의 섬유의 Tp1 미만의 것이면 가열하여 접착을 행할 수 있다.As the matrix material of the composite material, inorganic matrix materials such as ceramic materials such as cement Al 2 O 3 , SiO 2 , B 4 C, TiB 2 , ZrB 2, such as portant cement and alma cement, phenol resins, epoxy resins, and unsaturated polyesters Thermosetting resins such as resins, diaryl phthalate resins, urethane resins, melamine resins, urea resins, nylons, polyesters, polycarbonates, polyacetars, polyvinyl chlorides, cellulose resins, polystyrenes, acryronitrile styrene copolymers Organic matrix materials, such as thermoplastic resins, etc. are mentioned. As these matrix materials, if curing temperature or molding temperature is less than Tp1 of the fiber of this invention, it can heat and bond.

한편 본 발명의 섬유의 Tp1을 초과하는 극성재료는 유기용매 등에 매트릭스 재료를 용해시킨 용액에 폴리올레핀 성형품을 함침시킨 후에 유기용매를 제거 건조하는 방법을 채용할 수 있다.On the other hand, as the polar material exceeding the Tp1 of the fiber of the present invention, a method in which an organic solvent is removed and dried after impregnating a polyolefin molded article in a solution in which a matrix material is dissolved in an organic solvent or the like can be employed.

복합재료의 성형은 유리섬유 등을 사용한 복합재와 같이 UD(United Directional) 적층판, SMC(Sheet Molding Compound), BMC(Bulk Molding Compound) 등의 성형가공을 행할 수 있다.The molding of the composite material may be performed in a molding process of a United Directional (UD) laminate, sheet molding compound (SMC), bulk molding compound (BMC), and the like as a composite material using glass fiber.

복합재료중의 보강용의 섬유의 배합량은 광범위하게 변화시킬 수 있고, 예를 들면 복합재당 10내지 90중량%, 특히 50 내지 85중량%의 범위로 할 수 있다.The compounding quantity of the fiber for reinforcement in a composite material can be varied widely, for example, can be in the range of 10 to 90 weight%, especially 50 to 85 weight% per composite material.

본 발명에 의하면 분자배향 및 실란가교 초고분자량 폴리에틸렌 섬유가 갖는 우수한 내열성 및 기계적 성질을 실질상 그대로 보유시키면서 복합재중의 매트릭스 재료에 대해서 우수한 접착성을 나타낸 보강용 섬유재료가 제공된다.According to the present invention, there is provided a reinforcing fiber material exhibiting excellent adhesion to the matrix material in the composite while substantially retaining the excellent heat resistance and mechanical properties of the molecular orientation and silane crosslinked ultra high molecular weight polyethylene fibers.

즉, 이 보강섬유는 종래의 코로나 방전처리 등을 한 성형품에 비해서 매트릭스 재료와의 접착성이나 내열성이 각별히 개량되어 있고, 더욱이 그 성형품의 탄성율, 인장강도 등의 기계적 강도의 보지율도 통상 85%이상, 바람직하기로는 90% 이상이고 기계적 강도 저하도 없으므로 이와 같은 특징을 지닌 보강섬유와 여러 가지 극성재료와 복합시켜 라켓, 스키, 낚시대, 골프크라브, 죽도 등의 스포츠용품, 요트, 보트, 사핀보트 등의 레저용품, 헬메트 등의 방어구, 인공관절, 의치대 등의 의료재료 등을 만든 경우 그 굽힘강도, 굽힘탄성율 등의 기계적 강도가 현저히 개선된다.In other words, the reinforcing fibers have significantly improved adhesion and heat resistance to the matrix material compared to conventional molded articles subjected to corona discharge treatment and the like, and the holding ratio of mechanical strength such as elastic modulus and tensile strength of the molded articles is usually 85% or more. Preferably, it is more than 90% and there is no mechanical strength deterioration. Therefore, it is combined with reinforcing fibers having such characteristics and various polar materials, such as sporting goods such as rackets, skis, fishing rods, golf clubs, jukdo, yachts, boats, sapphire boats, etc. In the case of medical materials such as leisure products, armors such as helmets, artificial joints, and dentures, mechanical strengths such as bending strength and flexural modulus are remarkably improved.

[실시예]EXAMPLE

본 발명을 아래 예로 더 구체적으로 설명하겠다.The present invention will be explained in more detail with the following examples.

[실시예 1]Example 1

[그라프트화 및 방사][Grafting and spinning]

초고분자량 폴리에틸렌(극한점도{η}=6.20dl/g)의 분말 : 100중량부에 대해서 비닐트리메톡시실란(신에쓰가가꾸제) : 10중량부 및 2,5-디메틸-2,5-디(tert-브틸퍼옥시)헥산(니온 슈시제 : 상품명 퍼헥사 25B) : 0.1중량부를 균일하게 배합시킨 후에 초고분자량 폴리에틸렌 100중량부에 대해서 파라핀 왁스의 분말(니혼세이로제, 상품명 루박스 1266, 융점=69℃) : 370중량부 첨가 혼합시켜 혼합물을 얻었다. 이어서 이 혼합물을 스크류식 압출기(스크류경=20㎜ø, L/D=25)를 사용하여 설정온도 200℃에서 용융혼련을 행하고 뒤이어 이 용융물을 오리피스경 2㎜의 다이로 방사하고 실란 그라프트 완료한다. 방사섬유는 180㎝의 에어갭에서 실온의 공기로 냉각고화시키고 미연신 초고분자량 폴리에틸렌 그라프트 섬유로 하였다. 방사시의 그라프트 비율은 36.4였다. 또 이때의 권취속도는 90m/min였다.Powder of ultra high molecular weight polyethylene (ultra-viscosity {η} = 6.30 dl / g): 100 parts by weight of vinyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.): 10 parts by weight and 2,5-dimethyl-2,5- Di (tert-Butylperoxy) hexane (Nion Shushing agent: trade name Perhexa 25B): Powder of paraffin wax (Nihon Seroze, trade name Lubox 1266, per 100 parts by weight of ultra high molecular weight polyethylene after uniformly mixing 0.1 parts by weight). Melting point = 69 ° C.): 370 parts by weight was added and mixed to obtain a mixture. The mixture was then melt kneaded using a screw extruder (screw diameter = 20 mm, L / D = 25) at a set temperature of 200 ° C., followed by spinning the melt into a die with an orifice diameter of 2 mm to complete the silane graft. do. The spun fiber was cooled and solidified with air at room temperature in an air gap of 180 cm to give an unstretched ultra high molecular weight polyethylene graft fiber. The graft ratio at the time of spinning was 36.4. Moreover, the winding speed at this time was 90 m / min.

[실란 그라프트양의 정량][Quantification of Silane Graft Amount]

상기 방법으로 조제된 미연신 그라프트 섬유 약 8g을 135℃로 가열보지시킨 p-키실렌 200CC에 용해시켰다. 이어서 상온에서 과잉의 헥산중에 초고분자량 폴리에틸렌을 석출시키고 파라핀 왁스와 미반응 실란 화합물을 제거했다. 그 후에 중량법으로 Si중량%로 구한 그라프트량은 0.58중량%였다.About 8 g of the unstretched graft fiber prepared by the above method was dissolved in p-xylene 200CC heated and held at 135 ° C. Subsequently, ultra-high molecular weight polyethylene was precipitated in excess hexane at room temperature to remove paraffin wax and unreacted silane compound. Then, the graft amount calculated | required by Si weight% by the weight method was 0.58 weight%.

[연신][Extension]

상기의 방법으로 초고분자량 폴리에틸렌 혼합물로부터 방사된 그라프트화 미연신 섬유를 다음 조건으로 연신하여 배향연신 섬유를 얻었다. 3대의 고덱트롤을 사용하여 n-데칸을 열매로 한 연신조에서 2단 연신을 행하였다. 이 때에 제1연신조내의 온도는 110℃, 제2연신조내의 온도는 120℃였고, 조의 유효길이는 각각 50㎝였다. 연신시에는 제1고덱트롤의 회전속도를 0.5m/min로 하고, 제3 고덱트롤의 회전수를 변경 시킴으로써 소망하는 연신비의 섬유를 얻었다. 또 제2고덱트롤의 회전속도는 안정연신 가능한 범위에서 적의 선택했다. 단 연신비는 제1고덱트롤과 제3고덱트롤과의 회전비로 계산해서 구해졌다.The grafted unstretched fiber spun from the ultrahigh molecular weight polyethylene mixture by the above method was stretched under the following conditions to obtain an orientation stretched fiber. Three godrols were used to perform two-stage stretching in an n-decane-based stretching vessel. At this time, the temperature in the 1st drawing tank was 110 degreeC, the temperature in the 2nd drawing tank was 120 degreeC, and the effective length of the tank was 50 cm, respectively. At the time of stretching, the rotation speed of the first high dextrol was 0.5 m / min, and the rotation speed of the third high dextrol was changed to obtain a fiber having a desired draw ratio. In addition, the rotation speed of the second godecrol was selected by the enemy within the range of stable stretching. However, the draw ratio was calculated by calculating the rotation ratio between the first and third godecrol.

얻어진 섬유를 정압하, 실온에서 건조하여 연신 초고분자량 폴리에틸렌 실란 그라프트 섬유로 하였다.The obtained fiber was dried at room temperature under constant pressure, and it was set as the stretched ultrahigh molecular weight polyethylene silane graft fiber.

[가교촉매의 함침][Impregnation of crosslinking catalyst]

상기 방법으로 조제된 실란 화합물 그라프트 초고분자량 폴리에틸렌의 배향섬유를 가교할 경우에는 연신시 제2연신조에 열매로서 n-데칸 및 n-데칸과 같은 양의 디브틸석 디라우레이트 혼합물을 사용하여 파라핀 왁스를 추출함과 동시에 디브틸석 디라우레이트를 섬유중에 함침 시켰다. 얻어진 섬유는 감압하 실온에서 데칸 냄새가 없어질 때까지 건조했다.When crosslinking the oriented fibers of the silane compound graft ultra high molecular weight polyethylene prepared by the above method, paraffin wax is prepared by using a mixture of n-decane and n-decane in the same amount as the fruit in the second stretching bath during stretching. At the same time as distillate dilaurate was impregnated into the fiber. The obtained fiber was dried at room temperature under reduced pressure until the decane odor disappeared.

[가교][Bridge]

그 후에 섬유는 끓는 물속에서 시간 방치하여 가교를 완료 시켰다.After that, the fibers were left standing in boiling water to complete the crosslinking.

[겔분율의 측정][Measurement of gel fraction]

상기 방법으로 얻어진 실란가교 연신 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 약0.4g을 파라키실렌 200㎖가 들어있는 콘덴서를 장치한 3각 플래스크에 투입하여 4시간 비등상태에서 교반시켰다. 이어서 불용물을 스테인리스제 300mesh의 금망으로 여과시켰다. 80℃의 감압하에서 건조 후에 평량하여 불용물의 중량을 구했다. 겔분율은 아래 식으로 구했다.About 0.4 g of the silane crosslinked stretch ultrahigh molecular weight polyethylene fiber obtained by the above method was introduced into a triangular flask equipped with a condenser containing 200 ml of paraxylene and stirred in a boiling state for 4 hours. The insolubles were then filtered through a 300 mesh stainless steel mesh. After drying under reduced pressure at 80 ° C., the basis weight was used to determine the weight of the insoluble matter. The gel fraction was calculated by the following equation.

Figure kpo00004
Figure kpo00004

상기의 조제시료의 겔분율은 51.4%였다.The gel fraction of the prepared sample was 51.4%.

인장탄성율, 인장강도 및 파단점 신도는 인스트론 만능 시험기 1123형(인스트론사제)를 사용하여 실온(23℃)에서 측정했다. 크램프간의 시료길이는 100㎜이고, 인장속도100㎜/min로 하였다. 단, 인장탄성율은 초기탄성율이다. 계산에 필요한 섬유단면적은 폴리에틸렌의 밀도를 0.968g/㎤로서 섬유의 중량과 길이를 측정해서 구했다.Tensile modulus, tensile strength, and elongation at break were measured at room temperature (23 ° C) using an Instron universal testing machine type 1123 (manufactured by Instron). The sample length between clamps was 100 mm, and the tensile velocity was 100 mm / min. However, the tensile modulus is the initial modulus. The fiber cross-sectional area required for the calculation was obtained by measuring the weight and length of the fiber with a polyethylene density of 0.968 g / cm 3.

이와 같이 해서 얻어진 실란가교 연신 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 물성을 표 1에 나타냈다.The physical properties of the silane crosslinked stretched ultra high molecular weight polyethylene fiber thus obtained are shown in Table 1.

[표 1]TABLE 1

Figure kpo00005
Figure kpo00005

또 2회째의 승온시의 주융해 피크로서 구해지는 초고분자량 폴리에틸렌 본래의 결정융해 온도(Tm)는 132.4℃이고 Tp에 준한 융해열량의 전결정융해 열량에 대한 비율 및 Tp1에 준한 융해열량의 전결정융해 열량에 대한 비율은 각각 72%와 23%였다. 이 때에 Tp2의 주된 것은 151.1℃이고, Tp1의 주된 것은 226.6℃였다.In addition, the original crystal melting temperature (Tm) of the ultra-high molecular weight polyethylene, which is obtained as the main melting peak at the second temperature rise, is 132.4 ° C, and the ratio of the heat of fusion according to Tp to the heat of fusion and the heat of fusion according to Tp1. The percentages of fusion calories were 72% and 23%, respectively. At this time, the main one of Tp2 was 151.1 ° C and the main one of Tp1 was 226.6 ° C.

[크리프 특성의 평가][Evaluation of Creep Characteristics]

크리프 테스트는 열응력왜 측정장치 TMA/SS10(세이코 덴시고오교오 가부시끼가이샤제)를 사용하여 시료길이 1㎝, 분위기 온도 70℃에서 행하였다.The creep test was performed at 1 cm of sample length and 70 degreeC of atmosphere temperature using the thermal stress distortion measuring apparatus TMA / SS10 (made by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd.).

파단하중의 30% 하중에서의 결과를 제5도에 나타냈다. 본 실시예로 조제한 실란가교 연신 고분자량 폴리에틸렌 섬유(시료-1)는 미가교의 연신 초고분자량 폴리에틸렌 섬유(시료-2)와 비교해서 어느 경우도 현저히 크리프 특성이 개량되어 있는 것을 알 수 있다.The result at 30% load of breaking load is shown in FIG. It can be seen that the silane crosslinked stretched high molecular weight polyethylene fiber (sample-1) prepared in this example has significantly improved creep characteristics in all cases compared with the uncrosslinked stretched ultrahigh molecular weight polyethylene fiber (sample-2).

또 분위기 온도 70℃에 있어서 실온에서의 파단하중의50%에 상당하는 하중으로 행한 크리프 시험으로 하중직후부터 1분, 2분 및 3분 후의 신장을 표 2에 나타냈다.Table 2 shows the elongation at 1 minute, 2 minutes, and 3 minutes immediately after the load by the creep test performed at a load corresponding to 50% of the breaking load at room temperature at an ambient temperature of 70 ° C.

[표 2]TABLE 2

Figure kpo00006
Figure kpo00006

[열이력 후의 강도보지율]Strength retention rate after thermal history

열이력 시험은 기어오븐(geer oven) (퍼펙트오븐 : 다하이세이사꾸쇼제)내에 방치함으로 행하였다. 시료는 약 3m의 길이로써 스테인리스틀의 양단에 복수개의 활차를 장치한 것에 굽혀 돌려 걸어서 시료양단을 고정시켰다. 이 때에 시료양단은 시료가 늘어트려지지 않을 정도로 고정하고 적극적으로 시료에는 장력을 가하지 않았다. 결과를 표 3에 나타냈다.The thermal history test was done by leaving in a gear oven (Perfect oven: Dahaisei Corporation). The sample was bent by turning a plurality of pulleys on both ends of the stainless steel frame with a length of about 3 m to be fixed to both ends of the sample. At this time, both ends of the sample were fixed so that the sample would not sag, and no tension was actively applied to the sample. The results are shown in Table 3.

[표 3]TABLE 3

Figure kpo00007
Figure kpo00007

[프라즈마 처리][Plasma treatment]

얻어진 분자배향 및 실란가교 초고분자량 폴리에틸렌의 필라멘트(섬도 1000데닐/100)을 (주)삼코 인터내쇼널 연구소제의 고주파 프라즈마 처리장치를 사용하여 출력 100W, 진공도 1Torr, 처리기체로서 산소를 사용 처리시간 10초로 처리했다. 프라즈마 처리전의 섬유표면의 전자현미경 사진을 제4도에 프라즈마 처리후의 섬유표면의 전자현미경 사진을 제3도에 나타냈다.The obtained molecular orientation and silane crosslinked ultra-high molecular weight polyethylene filament (1000 degree of dendritic / 100) was produced by using a high frequency plasma processing apparatus manufactured by SAMCO INTERNATIONAL CO., LTD. Processed in seconds. An electron micrograph of the fiber surface before the plasma treatment is shown in FIG. 4, and an electron micrograph of the fiber surface after the plasma treatment is shown in FIG.

처리 후의 섬유물성은 강도 1.70GPa(보지율 100%) 탄성율 52.1GPa(보지율 94.7%)였다.Fibrous physical properties after the treatment were 1.70 GPa in strength (holding rate of 100%) and 52.1 GPa in elasticity rate (holding rate of 94.7%).

또 프라즈마 처리전의 섬유표면의 ESCA에 의한 분석에서는 탄소원자 100개당의 산소원자수는 6개 이하였으나 프라즈마 처리에 의해서 탄소원자 100개당 산소원자수는 22개로 증대되었다.In the ESCA analysis of the fiber surface before plasma treatment, the number of oxygen atoms per 100 carbon atoms was less than 6, but the number of oxygen atoms per 100 carbon atoms was increased to 22 by plasma treatment.

[복합재의 제조][Production of Composite Material]

상기 프라즈마 처리섬유를 2종의 에폭시 수지(EPOMIK(R)R-301 M 80 및 R-140, 미쓰이 세끼유가가꾸 고오교오(주)제) 디시아노디아미드, p-크로로페닐-1,1-디메틸우레아 및 디메틸홀므아미드를 각각 87.5/30/5/5/25의 중량비로 혼합한 수지에 함침시키고, 100℃에서 10분간 건조하여 프리프래그를 조제하고 그것을 적층시킨 후에 100℃에서 1시간 프레스를 성형하고 일방향 적층판을 만들었다. 이어서 이 적층판의 굽힘강도 및 굽힘탄성율을 측정했다. (JIS K691)결과를 표4에 나타냈다.Two kinds of epoxy resins (EPOMIK (R) R-301 M 80 and R-140, Mitsui Sekiyu Chemical Co., Ltd. ) dicyanodiamide, p-chlorophenyl-1, 1-dimethylurea and dimethylholmeamide were impregnated into a resin mixed at a weight ratio of 87.5 / 30/5/5/25, respectively, and dried at 100 ° C for 10 minutes to prepare a prepreg and laminating it for 1 hour at 100 ° C. The press was molded and a one-way laminate was made. Next, the bending strength and the flexural modulus of the laminate were measured. (JIS K691) The results are shown in Table 4.

또 전체 복합재당의 섬유중량은 79%로 하였다.In addition, the fiber weight per whole composite material was 79%.

[실시예2]Example 2

실시예 1에서 사용한 분자배향 및 실란가교 초고분자량 폴리에틸렌의 필라멘트를 실시예 1과 같은 장치를 사용하여 처리기체로서 질소를 사용하여 처리했다. 이것을 시료로 하여 실시예 1과 동일조건에서 적층판을 작성했다. 결과를 표 4에 나타냈다.The filaments of the molecular orientation and silane crosslinked ultrahigh molecular weight polyethylene used in Example 1 were treated using nitrogen as the treatment gas using the same apparatus as in Example 1. Using this as a sample, a laminated plate was prepared under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 4.

필라멘트의 표면의 전자현미경 관찰의 결과는 제3도와 마찬가지였다. 또 처리후의 섬유강도는 1.68GPa(보지율 99.4%), 탄성율은 54.0GPa(보지율 98.2%)였다.The result of electron microscope observation of the surface of a filament was the same as FIG. The fiber strength after the treatment was 1.68 GPa (holding rate 99.4%), and the elastic modulus was 54.0 GPa (holding rate 98.2%).

ESCA에 의한 분석에서는 탄소원자 100개당 산소원자수는 10개였다.In the analysis by ESCA, the number of oxygen atoms per 100 carbon atoms was 10.

[실시예3]Example 3

실시예 1에서 사용한 분자배향 및 실란가교 초고분자 폴리에틸렌의 필라멘트를 하고오교오사제의 코로나 방전처리장치로 바상전극을 사용하여 전국간 1.0㎜로 설정하고 조사량 75W/㎡/min로 처리했다. 필라멘트의 표면의 전자현미경 관찰의 결과는 제3도와 마찬가지였다.The filaments of the molecular orientation and silane crosslinked ultra high molecular polyethylene used in Example 1 were set to 1.0 mm nationwide using a bar electrode in a corona discharge treatment apparatus manufactured by Ogyo Co., Ltd., and treated at an irradiation dose of 75 W / m 2 / min. The result of electron microscope observation of the surface of a filament was the same as FIG.

처리 후의 섬유는 강도 1.69GPa(보지율 99.4%), 탄성율은 53.0GPa(보지율 96.4%)였다. 또 ESPA에의한 측정에서는 산소원자의 부가수는 C100개당 17개였다. 이것을 시료로 하여 실시예 1과 동일조건으로 적층판을 만들었다. 결과를 표4에 나타냈다.The fiber after the treatment had a strength of 1.69 GPa (holding rate of 99.4%) and an elastic modulus of 53.0 GPa (holding rate of 96.4%). In addition, in the measurement by ESPA, the number of oxygen atoms added was 17 per C100. Using this as a sample, a laminated plate was made under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 4.

[비교예 1]Comparative Example 1

실시예 1과 같은 실란가교 고강도 고탄성 폴리에틸렌화이버에 아무 처리도 하지 않고 시료로 하고 실시예 1과 동일조건으로 적충판을 작성했다. 결과를 표 4에 니타냈다.The red worm board was created on the same conditions as Example 1, using the same silane crosslinking high strength high elasticity polyethylene fiber as Example 1, without making any sample. The results are shown in Table 4.

[표 4]TABLE 4

Figure kpo00008
Figure kpo00008

* 탄소원자의 100개당의 산소원자수.* The number of oxygen atoms per 100 carbon atoms.

Claims (6)

표면처리된 분자배향 및 실란가교 초고분자량 폴리에틸렌의 섬유로 되고 이 섬유는 구속상태에서 시차주사 열량계로 측정했을 때에 2회째 승온시의 주융해 피크로서 구해지는 초고분자량 폴리에틸렌 본래의 결정융해 온도(Tm)보다도 적어도 10℃ 높은 온도로 적어도 2개의 결정융해 피크(Tp)를 가짐과 더불어 전융해열량당 이 결정융해 피크(Tp)에 준한 융해열량이 50% 이상 및 온도범위 Tm+35℃∼Tm+120℃에 있어서의 고온측 융해피크(Tp1)에 준한 융해열량의 총합이 전융해열량당 5%이상이고, 또한 이 섬유는 일렉트론 스펙트로스코피포어 케미컬 어날리시스(ESCA)로 측정하면 탄소원자수 100개당 적어도 8개의 산소원자수를 갖는 조성의 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 접착성이 개선된 보강용 섬유재료.Intrinsic crystal melting temperature (Tm) of ultra-high molecular weight polyethylene obtained by surface treatment of molecular orientation and silane-crosslinked ultra high molecular weight polyethylene, which is obtained as the main melting peak at the second elevated temperature when measured by a differential scanning calorimeter under confinement. It has at least two crystal melting peaks (Tp) at a temperature higher than at least 10 ° C, and the amount of heat of fusion corresponding to this crystal melting peak (Tp) per heat of melting is 50% or more and the temperature range Tm + 35 ° C to Tm + 120 ° C. The total amount of heat of fusion according to the high temperature side melting peak (Tp1) in the film is not less than 5% per heat of melting, and this fiber is measured by electron spectroscopy pore chemical analysis (ESCA) of at least 8 per 100 carbon atoms. A reinforcing fiber material having improved adhesion, characterized by having a surface having a composition having two oxygen atoms. 제1항에 있어서, 상기 표면처리 섬유가 데카린용매 135℃에 있어서의 극한점도{η}가 5dl/g 이상의 폴리에틸렌에 실란 화합물을 그라프트한 후에 섬유상으로 성형시키고 연신한 후 이어서 그라프트된 실란 화합물을 가교시켜 얻어진 분자배향 및 실란가교 섬유를 프라즈마 또는 코로나 방전처리를 행함으로써 얻어진 섬유인 보강용 섬유재료.According to claim 1, wherein the surface-treated fibers are grafted silane compound to the ultimate viscosity {η} of 5 dl / g or more polyethylene at 135 ℃ decaline solvent, and then formed into a fibrous form, stretched and then grafted silane A fiber material for reinforcement, which is a fiber obtained by subjecting a molecular orientation and a silane crosslinked fiber obtained by crosslinking a compound to a plasma or corona discharge treatment. 제1항에 있어서, 상기 표면처리 섬유가 0.90이상의 배향도(F)를 갖는 보강용 섬유재료.The reinforcing fiber material according to claim 1, wherein said surface treated fiber has an orientation degree (F) of 0.90 or more. 제1항에 있어서, 상기 표면처리 섬유가 20GPa 이상의 탄성율과 1.2GPa 이상의 인장강도를 갖는 보강용 섬유재료.The reinforcing fiber material according to claim 1, wherein the surface treated fiber has an elastic modulus of 20 GPa or more and a tensile strength of 1.2 GPa or more. 제1항에 있어서, 상기 표면처리 섬유는 표면배향 방향의 균열폭이 0.1㎛ 미만으로 억제된 보강용 섬유재료.The reinforcing fiber material according to claim 1, wherein the surface treated fiber has a crack width in a surface orientation direction of less than 0.1 mu m. 제1항에 있어서, 상기 표면처리 섬유는 ESCA로 측정하여 탄소수 100개당 10개 이상의 산소원자수를 갖는 표면조성을 갖고 있는 보강용 섬유재료.The reinforcing fiber material according to claim 1, wherein the surface-treated fiber has a surface composition having 10 or more oxygen atoms per 100 carbon atoms as measured by ESCA.
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